黑白显像管及黑白电视机接收原理

第二章黑白显像管及黑白电视接收机原理目前在我国黑白电视机仍然占有较大的市场，并正在向高集成化方向过渡。为了便于了解电视机各部分的作用、原理，本章主要对黑白显像管及黑白电视机方框图进行讨论分析，有关具体电路将在第六章至第十二章中与彩色电视机电路一起讨论。

§2.1 黑白显像管

显像管是电视接收系统的终端显示器件，它将图像信号还原为光图像。显像管的特性和要求是整个电视机设计的基本依据。例如，扫描光栅的组成、信号通道增益、视频图像信号的极性选择、电视机的功率消耗以及偏转线圈扫描电流特性等，都是根据显像管的特性和要求而定的。此外，电视机的收看质量，图像的清晰度、对比度、灰度、亮度、灵敏度等主要指标及彩色效果好坏都最终表现在显像管上，因此要获得高质量的电视图像，必须有一个高质量的显像管。所以首先必须了解显像管的结构、工作原理及基本参数。

2.1.1显像管的结构

显像管的结构示意图如图2-1所示。它由电子枪、荧光屏和玻璃外壳三部分组成。显像管内抽成真空，管壳由高强度的玻璃制成，它能承受高压以防爆裂。

图2-1 显像管结构示意图

一、电子枪

电子枪安放在管颈内，用来发射密度可调的电子流，并通过聚焦和加速，形成截面积很小、速度很高的电子束。该电子束在行、场偏转磁场的作用下（见1.2.1节电子扫描）可实现全屏幕的扫描光栅。电子枪通常由灯丝和五个用无磁不锈钢制成的电极组成。

（1）阴极（K）呈小圆筒状，筒的顶端涂有发射电子的材料（氧化钡、氧化锶和氧化钙混合物），筒内置有加热灯丝，当阴极被加热后，阴极表面材料便向外发射电子。

（2）控制栅极（G）也是圆筒状，它套在阴极外面，圆筒的中间开有一个小孔，以便电子流穿过。通常控制栅极相对阴极加有数十伏的直流负压，形成阻滞电场。改变控制栅极对阴极的负电位大小，就可以直接控制电子流的强弱，从而控制了对应光点的明暗。电子束的截止电压约—30V～—90V之间。图像信号直接加在控制栅极（正极性图像信号）或阴极（负极性图像信号）上，使扫描电子束强弱随图像信号变化，从而在屏幕上显示出不同灰度层次的图像。

（3）加速极（第一阳极）A1，其外形象中间开孔的圆盘。它通常加有上百伏正电压，其作用是把阴极电子拉出来，并对飞向屏幕的电子流加速和聚焦。

（4）高压阳极（A2，A4）由两个圆筒状电极组成，A2（第二阳极）与A4（第四阳极）之间内部连接，A4通过弹簧片与锥体内壁石墨导电层相连。经高压咀在A2，A4及内石墨层上接有9KV～16KV高压。一方面，第二、四阳极与第三阳极（聚焦极）组成电子透镜，使电子束在轰击荧光屏之前聚焦；另一方面，在显像管锥体内侧的石墨导电层形成了一个均匀的等电位空间，保证电子束进入此空间后径直地飞向荧光屏，而不产生杂乱的偏离和聚焦。

（5）聚焦极（第三阳极A3）是套在A2，A4之间的金属圆筒电极，通常加有正几百伏的直流电压，调整这个电压大小，可使阴极发射的电子流形成细束，在屏幕上聚焦成一个小点。

电子枪对阴极发射的电子流的聚焦作用示意图如图2-2所示。

图2-2四极电子枪聚焦示意图

二、荧光屏

荧光屏由屏面玻璃、荧光粉层和铝膜三部分组成。在屏面玻璃的内壁上，沉积一厚度约为10μm、以银作激活剂的硫化锌一镉荧光粉层，它在电子束的高速轰击下发白光。其发光

强弱与电子束电流太小及速度高低相对应。为了防止电子速电流太大，使荧光粉层局部过热而降低发光能力，一般限制速电流在100μA以下。为了提高屏幕亮度及减弱闪烁效应，荧光粉应具有余辉特性，但为了防止造成前后两帧图像重叠出现而使清晰度下降，余辉时间不宜过长，应采用余辉时间小于1ms的荧光粉。

在荧光粉层后面蒸发一层厚度约为1μm的铝膜，它的作用有三个：

（1）铝膜可以挡住内部杂散光，从而提高图像对比度。

（2）铝膜有利于提高屏幕的最高亮度.它可将荧光屏射向背后去的光线反射回屏幕；并且铝膜接阳极高压，可避免荧光屏积累电子，否则积累的电子所产生的电场将减小电子轰击的能量，使亮度降低。

（3）铝膜可以保护荧光屏不出现离子斑。因为在高速电子轰击下，显像管内残存的气体将发生电离，其负离子与电子一样受到加速电场的作用射向荧屏。但其质量比电子大几千倍，偏转磁场使它偏转的角度很小，因此这些离子将集中轰击荧光屏中心的小部分区域，使荧光粉层老化，降低发光效率。产生“离子斑”。铝膜的作用是可挡住体积大、速度低的负离子，使之不能穿过铝膜到达荧光屏。而质量小、速度高的电子却极易穿透铝膜射向荧光粉层。

三、玻璃外壳

玻璃外壳由管颈、锥体和屏面三部分组成。管颈内有电子枪、屏面玻璃制成荧光屏等已如前述。玻璃锥体是屏面玻璃和管颈的连接部位，它为电子束实现全屏幕扫描提供足够大的空间。锥体内外壁均涂有石墨导电层，其作用如下:

（1）内壁石墨导电层与高压阳极相连，形成一个等电位空间，以保证电子束高速运动。

（2）外石墨导电层接地，以防止管外电场的干扰；内石墨导电层可以吸收荧光屏在高速电子轰击下产生的二次电子及管内的杂乱发射光，从而有助于提高图像的对比度。

（3）内外石墨导电层间形成一个（500pF～1000pF）的电容，可作为第二、四高压阳极的滤波电容。因而在高压供电电路中不必另接高压滤波电容。

2.1.2 显像管工作原理

显像管产生光栅或显示图像是依靠在栅极（G）与阴极（K）之间施加不同的电压，以控制阴极电流ik（与电子速流方向相反）的大小而实现的。

当无图像信号输入时，栅、阴极间加的是一直流负压（静态栅偏压ugk0），在偏转磁场的作用下，屏幕各点对应的阴极电流ik处处相等，因而屏幕显示的是亮度均匀的光栅。

当有图像信号输入时，栅、阴极间在直流负压的基础上叠加了图像信号电压，通过扫描，屏幕各点对应的阴极电流ik随图像信号规律地变化，因而屏幕上就出现了相应的图像。为了正确重现图像，必须根据图像信号的极性选择它输入的电极。比如负极性图像信号应从显像管的阴极输入，这样，原图像越暗对应的图像信号电平就越高，从而抬高了阴极电平而使栅、阴间电压越负阴极电流（电子速流）就越小，则显像管的显示亮度越暗，重现的图像是正确的。如果是正极性的图像信号，则应从显像管的栅极输入，否则会在荧光屏上出

现“负像”

一、显像管调制特性曲线

根据上述分析，我们用栅一阴极之间电压ugk(始终为负值)与阴极电流ik关系曲线来表征显像管的工作特性，即所谓调制特性，如图2—3所示。

调制特性曲线的斜率，即Δik/Δugk，表示显像管的灵敏度，即栅一阴电压对阴极电流的控制能力。图中，ugko是当阴极电流ik为零时的截止电压，即当ugk =ugko时，电子束流将被完全抑制，ik=0，荧光屏不发光。

生产厂家通常用最大调制量来表征显像管的灵敏度。所谓最大调制量是指阴极电

流ik由0μA变到50μA时，栅、阴极电压变化的数值，即最大调制量△ugk=|ugko|-|ugk50|最大调制解调量越小，表示显像管灵敏度越高，反之则越低。

理论与实践都证明，阴极电流与栅、阴电压有下面的关系：

ik=k(ugk-ugko)γ（2 –1）

式中，γ为显像管电光转换特性的非线性系数，其值为2～3之间；k是比例系数，与阴极特性及其它电极构造等因素有关。绘出曲线即为图2-3调制特性。

图2-3显像管调制特性曲线

显然，阴极电流ik随栅、阴电压ugk以指数规律变化，即ugk对ik 的控制作用为非线性。当栅极偏压在-12Ⅴ～-80Ⅴ之间时，显像管的控制灵敏度大约每伏几个微安的数量级。随着栅极负压值减小，阴极电流按指数规律增大。实际上，黑白显像管白色电平所对应的阴极电流ik不能超过150μA～200μA（负电压ugk不应小于-20Ⅴ～-10Ⅴ），否则可能会烧坏荧光粉